無錫激(ji)光切(qie)(qie)割(ge)是用聚焦的高(gao)功率(lv)密(mi)度激(ji)光束照(zhao)射(she)工件，使被(bei)照(zhao)射(she)的材料(liao)迅速(su)熔化(hua)(hua)、汽化(hua)(hua)、燒蝕或(huo)達(da)到(dao)燃點(dian)，同時(shi)熔化(hua)(hua)的材料(liao)被(bei)與光束同軸的高(gao)速(su)氣流吹走，從而切(qie)(qie)割(ge)工件。激(ji)光切(qie)(qie)割(ge)是熱切(qie)(qie)割(ge)方(fang)法之一。

汽化切割

在(zai)高功(gong)率密度(du)激光束的(de)加熱下，材(cai)料表面(mian)溫度(du)上升到沸點溫度(du)的(de)速度(du)如(ru)(ru)此之快，以至于可以避免因熱傳導而熔化，于是一(yi)部分材(cai)料蒸發成蒸汽消失，一(yi)部分材(cai)料被(bei)輔助氣(qi)流以射流的(de)形(xing)式從狹縫底部吹走。一(yi)些不可熔化的(de)材(cai)料，如(ru)(ru)木材(cai)、碳(tan)材(cai)料和一(yi)些塑料，通過這種汽化切割(ge)方法被(bei)切割(ge)和形(xing)成。

在汽(qi)化切割過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，蒸(zheng)汽(qi)帶走熔化的(de)顆粒和與之(zhi)一(yi)起被沖走的(de)碎屑，形成孔(kong)洞。在汽(qi)化過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，大(da)約40%的(de)物(wu)質消失在蒸(zheng)汽(qi)中(zhong)(zhong)，而(er)60%的(de)物(wu)質以液滴的(de)形式被氣(qi)流驅走。

熔化切割

當入(ru)(ru)射激光(guang)束的功率(lv)密度超(chao)過一定值(zhi)時，激光(guang)束照(zhao)射點的材料內(nei)部開始蒸(zheng)發，形成(cheng)孔(kong)(kong)(kong)洞。一旦這個小孔(kong)(kong)(kong)形成(cheng)，它將作為一個黑(hei)體吸收所(suo)有(you)入(ru)(ru)射光(guang)束能量。小孔(kong)(kong)(kong)被熔融(rong)金(jin)屬壁包圍(wei)，然后孔(kong)(kong)(kong)周圍(wei)的熔融(rong)材料被與光(guang)束同軸的輔助氣流帶走。隨著工件的移動(dong)，小孔(kong)(kong)(kong)在切割方向上同步橫移，形成(cheng)狹縫。激光(guang)束繼續沿著接縫的前邊(bian)緣照(zhao)射，熔融(rong)材料被連續地或脈動(dong)地從接縫吹走。

氧化融化

熔化(hua)切割(ge)一般用惰性氣(qi)體。如果用氧氣(qi)或其(qi)他活性氣(qi)體代替，材(cai)料會(hui)在激光束的照(zhao)射下(xia)被點燃，與氧氣(qi)反(fan)應產(chan)生另一種熱源(yuan)，稱為氧化(hua)熔化(hua)切割(ge)。具(ju)體描述如下(xia):

(1)材料(liao)表面(mian)在(zai)激光束的(de)照射下迅速加(jia)熱(re)到燃點(dian)溫(wen)度，然(ran)后與氧氣(qi)反應(ying)產(chan)生(sheng)劇烈的(de)燃燒(shao)反應(ying)，放出大量的(de)熱(re)量。在(zai)這種熱(re)量的(de)作(zuo)用下，材料(liao)中形(xing)成充滿蒸汽的(de)孔(kong)隙(xi)，孔(kong)隙(xi)的(de)外圍被熔融金屬(shu)壁包圍。

⑵燃燒(shao)物(wu)質(zhi)向爐渣的(de)轉移控制著(zhu)氧氣和金屬(shu)的(de)燃燒(shao)速度(du)，氧氣通(tong)過爐渣擴散到達點火前沿的(de)速度(du)對燃燒(shao)速度(du)也有很(hen)大影響(xiang)。氧氣流量越高，燃燒(shao)化(hua)學反應和除渣越快。當然，氧氣的(de)流速越高越好，因為過高的(de)流速會(hui)導(dao)致反應產物(wu)，即金屬(shu)氧化(hua)物(wu)在狹(xia)縫出口處快速冷(leng)卻，這也不利于切割質(zhi)量。

⑶顯然(ran)，氧化熔(rong)化切(qie)(qie)割過程中有兩個(ge)熱(re)(re)(re)源，即激光照射(she)能(neng)和氧氣與金屬發(fa)生(sheng)化學反應產生(sheng)的(de)熱(re)(re)(re)能(neng)。據估計，切(qie)(qie)割鋼(gang)材時，氧化反應釋(shi)放的(de)熱(re)(re)(re)量約占切(qie)(qie)割所(suo)需(xu)總能(neng)量的(de)60%。

顯(xian)然，與惰性氣(qi)體(ti)相比，使用氧(yang)氣(qi)作(zuo)為(wei)輔(fu)助氣(qi)體(ti)可以獲得(de)更高的切割(ge)速(su)度。

⑷在雙熱源(yuan)氧化(hua)熔化(hua)切割(ge)過程中(zhong)，如(ru)果氧氣的(de)燃燒(shao)速(su)(su)度高于激光(guang)束的(de)移(yi)(yi)動速(su)(su)度，則狹縫顯得較寬且粗糙。如(ru)果激光(guang)束的(de)移(yi)(yi)動速(su)(su)度比(bi)氧氣的(de)燃燒(shao)速(su)(su)度快(kuai)，狹縫窄而平滑。

控制斷裂

對于易受(shou)熱(re)(re)(re)損傷的(de)(de)脆性(xing)材料，采用激光(guang)(guang)束(shu)加(jia)熱(re)(re)(re)進行高速(su)可(ke)控切割(ge)，稱(cheng)為可(ke)控斷裂(lie)切割(ge)。這種切割(ge)工(gong)藝的(de)(de)主要(yao)內(nei)容是激光(guang)(guang)束(shu)加(jia)熱(re)(re)(re)脆性(xing)材料的(de)(de)小區(qu)域，在該區(qu)域產(chan)生(sheng)較大的(de)(de)熱(re)(re)(re)梯度(du)和嚴重的(de)(de)機械(xie)變形，導致材料產(chan)生(sheng)裂(lie)紋。只要(yao)保持(chi)均勻(yun)的(de)(de)加(jia)熱(re)(re)(re)梯度(du)，激光(guang)(guang)束(shu)可(ke)以(yi)在任何期(qi)望(wang)的(de)(de)方向上引導裂(lie)紋。

需(xu)(xu)要(yao)(yao)注(zhu)意的(de)是(shi)，這種可控斷(duan)裂(lie)切割(ge)(ge)不(bu)適合(he)切割(ge)(ge)銳(rui)角(jiao)和轉角(jiao)切口。切割(ge)(ge)超大閉合(he)形狀不(bu)易成功。快速(su)(su)控制斷(duan)裂(lie)切削速(su)(su)度，不(bu)需(xu)(xu)要(yao)(yao)太高的(de)功率(lv)，否則會造成工件表面熔化，破壞狹縫邊緣。主要(yao)(yao)控制參數是(shi)激光功率(lv)和光斑尺寸(cun)。

切割程序

1.交點位(wei)(wei)置檢測(ce)。激(ji)光切割(ge)前，需要根(gen)據(ju)材料調整光束(shu)焦(jiao)(jiao)點在(zai)工件(jian)上的(de)位(wei)(wei)置。由于激(ji)光束(shu)，尤其是(shi)CO2氣體(ti)激(ji)光器(qi)，一般肉(rou)眼(yan)是(shi)看不到(dao)的(de)，所以可以用楔形丙(bing)烯塊來檢測(ce)聚(ju)焦(jiao)(jiao)位(wei)(wei)置，然后調整割(ge)炬的(de)高度，使聚(ju)焦(jiao)(jiao)在(zai)設(she)定的(de)位(wei)(wei)置。

2.穿刺操作(zuo)要(yao)點。在20世紀的(de)切割過程中，一些零件是(shi)(shi)從板的(de)內部(bu)切割的(de)，這需(xu)要(yao)首(shou)先在板上(shang)打孔(kong)。一種方(fang)法是(shi)(shi)用連續激光在薄板上(shang)打孔(kong)，用正(zheng)常的(de)輔助氣壓照射工(gong)件0.2~1s，即可切割工(gong)件。當工(gong)件較厚(如板厚2~4mm)時，會(hui)用正(zheng)常氣壓打孔(kong)，在工(gong)件表(biao)面形成大(da)尺寸的(de)溶坑。不僅切割質量受到影(ying)響，而且熔融材料的(de)飛濺也可能損壞透(tou)鏡或噴(pen)(pen)嘴。此時，輔助氣體的(de)壓力應適當增加，同(tong)事應稍(shao)微增加噴(pen)(pen)嘴孔(kong)徑與工(gong)件之間的(de)距(ju)離(li)。這種方(fang)法的(de)缺點是(shi)(shi)氣體流速(su)增加，切割速(su)度降(jiang)低。

3.防(fang)止工件在尖角處(chu)(chu)燒傷(shang)。連續(xu)激光(guang)切(qie)割銳角零件時(shi)，如切(qie)削參(can)數匹配或操(cao)作不當，容易在銳角的(de)轉折處(chu)(chu)自(zi)燒，無法形(xing)成拐角處(chu)(chu)的(de)銳角。這(zhe)不僅惡化了該零件的(de)質量(liang)，還影響(xiang)了后續(xu)的(de)切(qie)割。解決(jue)這(zhe)一問題的(de)方法是選擇(ze)合(he)適的(de)切(qie)割參(can)數，脈沖激光(guang)切(qie)割時(shi)尖角不存在燒傷(shang)問題。